(54) МОДИФИКАТОР(54) MODIFIER
Изобретение относитс к металлургии черных металлов и может быть использо вано дл повышени физико-механических и эксплуатационных свойств сталей, работающих при повышенных температурах Известны модификаторы, содержащие в готовом виде растворимые в расплаве метаппа нитрады ванади , ниоби и алюмини . Ввод таких модификаторов позвол получать в обработанных сплавах строго заданное содержание азота и ванади , ниоби или алюмини , что значительно повышает эффективность и стабильность упрочн ющего действи нитридов ванади ниоби и алюмини , по сравнению с обыч ным совместным легированием сплавов азотом и ванадием, ниобием или алюминием . В частности, известен модификатор, содержащий в гоа-овом виде нитриды ниоби , ванади , тантала, титана, циркони и алюмини при следующем соотношении компонентов, вес.%: Алюминий6-2 О Марганец9-18 Никель5-15 НиобийДо 4 Углерод0,15-2,0 КремнийДо 3 АзотДо 1 может быть до.1О% (в сумме) берилли , кобальта, молибдена, вольфрама, ванади , меди, тантала, титана, циркони , хрома, железа l. К недостаткам такого модификатора относитс значительное превышение содержани активных ннтридообразующих элементов (алюмини , ниоби , ванади , тантала, титана, циркони ) сверх их стехиометрического количества по азоту. Это приводит к развитию процесса коагул ции нитридных частиц при вводе модификатора в стали, что снижает эффективность их упрочн ющего действи , и ухудшает литейные свойства сталей за счет развити пленообразовани при разливке и ухудшени их трещиноустойчивости. Кром того, высокое абсолютное содержание в модификаторе активных нитридообразую щих элементов (минимальное 6%; максимальное более 20%) требует специаль ногх) способа его изготовлени , предусма pив aющeгo резкое охлаждение расплава модификатора или другие меры, обеспечи вающие необходимую дисперсность (не более 5 мкм) нитридных частиц. Цель изобретени заключаетс в повы шении жаро- и термостойкости обрабатываемых сталей, работающих при повышен ных температурах, без ухудшени их литейных свойств. Цель постигаетс тем, что в состав модификатора включены РЗМ при следую щем соотношении компонентов, вес,%: Алюминий2,0-10,0 Хром0,05-30,0 Никель0,05-20,0 Кремний0,О5-1О,0 МарганецО,О5-ЭО,О Азот0,25-3,0 Кобальт0,005-5,0 Молибден0,005-5,0 Вольфрам0,005-5,0 Титан0,005-0,5 НиобийО,.О05-1,О Ванадий6;ОО5-1,О Углерод0,О8-О,2 РЗМО р1-1,О ЖелезоОстальное РЗМ в указанных пределах введены в состав модификатора с целью более равномерного распределени нитридов алюмини и уменьшени их дисперсности в модификаторе. Это повышает эффективнос действи модификатора, так как исключа с отрицательное охрупчивающее вли ние крупных коагулированных нитридных частиц . Кроме того, рвод РЗМ повышает качество модификатора за счет улучшени условий его выплавки, и, прежде всего, за счет уменьшени пленообоазовани пр разпи)Ее. При вводе РЗМ менее 0,01 вес.% указанное действие весьма незначительно , а при вводе более 1,О% в модификаторе образуютс крупные коагулированны частицы продуктов взаимодействи РЗМ кислородом и азотом, что приводит к охрупчиванию обрабатьшаемых сталей. По сравнению с известным модификотором , в описываемом модификаторе уве пичено содержание апюмин 1 , титана, ниоби , ванади и углерода и по;п1остью исключены из состава берилпий , медь, тантал, цирконий. Это способствует тому, что в готовом модификаторе основна часть алюмини св зана в- нитриды, которые при вводе модификатора в обрабатываемые расплавы практически ле успевают раствор тьс , и поэтому в стал х отсут ствует значительное количество свободного алюмини , который мог бы ухудшить их литейные свойства. Титан, ниобий, ванадий и углерод присутствуют в модификаторе как неизбежные технологические добавки и. примеси. Тантал и цирконий исключены из состава , так как их присутствие требует специальной разливки при производса-ве модификатора. Бериллий и медь исключены ввиду их отрицательного вли ни на свойства сталей, работающих при повышенных температурах. В зависимости от условий плавки модификатор в количестве 0,5-20% от веса стали ввод т в печь перед разливкой в ковш во врем заполнени его металлом . В услови х опытного производства бьши получены и испытаны модификаторы, составы которых приведены в табл.1. Модификаторы ввод т в количестве 2-8% в жаростойкую сталь Х18Н23С2П при выплавке в индукционной 15О кг печн . Заливают образцы на механические свойс-ша, -термостойкость, жаростойкость и поддоны термической печи с рабочей температурой 9ОО С. Результаты механических {испытаний на термостойкость, о которой суд т по количеству циклов до по влени трещин на образцах при термоциклировании по режиму С, и жаростойкость (по привесу образцов после 2ОО-.часовой выдержки при 9ОО°С), а также врем эксплуатации поддонов до их разрушени приведены в табл.2. Из таблицы видно, что ввод модификаторов описываемого состава (№ 1,2,3) существенно повьпиает термостойкость и жаростойкость стали без ухудшени ее прочности и за счет этого повышает срок службы поддонов. Применение известного модификатора и модификаторов с составами , выход щими из описываемых пределов, отрицательно сказываетс на указанных характеристиках.The invention relates to the metallurgy of ferrous metals and can be used to improve the physicomechanical and operational properties of steels operating at elevated temperatures. Modifiers are known that contain ready-made melt-soluble metappan nitrates of vanadium, niobium and aluminum. The introduction of such modifiers makes it possible to obtain in the treated alloys a strictly specified content of nitrogen and vanadium, niobium or aluminum, which significantly increases the efficiency and stability of the reinforcing effect of vanadium niobium nitrides and aluminum compared to the usual joint doping of alloys with nitrogen and vanadium, niobium or aluminum. In particular, a modifier is known that contains niobium, vanadium, tantalum, titanium, zirconium and aluminum nitrides in goa-like form in the following ratio of components, wt.%: Aluminum6-2 O Manganese9-18 Nickel5-15 NiobiumUpto 4 Carbon0.15-2 , Silicon up to 3 Nitrogen up to 1 can be up to. 1O% (in total) beryllium, cobalt, molybdenum, tungsten, vanadium, copper, tantalum, titanium, zirconium, chromium, iron l. The disadvantages of such a modifier include a significant excess of the content of active ntride-forming elements (aluminum, niobium, vanadium, tantalum, titanium, zirconium) in excess of their stoichiometric amount of nitrogen. This leads to the development of the coagulation process of nitride particles when the modifier is introduced into steel, which reduces the effectiveness of their hardening effect, and impairs the casting properties of steels due to the development of film formation during casting and deterioration of their crack resistance. In addition, the high absolute content in the modifier of active nitride-forming elements (minimum 6%; maximum more than 20%) requires special methods of its production, providing for the modifying melt cooling of the modifier or other measures that provide the necessary dispersion (not more than 5 microns). a) nitride particles. The purpose of the invention is to increase the heat and heat resistance of machined steels operating at elevated temperatures without compromising their casting properties. The goal is comprehended by the fact that the modifier includes REM at the following ratio of components, weight,%: Aluminum2.0-10.0 Chrome0.05-30.0 Nickel0.05-20.0 Silicon0, O5-1O, 0 Manganese, O5-EO, O Nitrogen0.25-3.0 Cobalt0.005-5.0 Molybdenum0.005-5.0 Tungsten0.005-5.0 Titanium0.005-0.5 NiobiumO, .O05-1, O Vanadium6; ОО5-1, О Carbon0, О8-О, 2 RZMO p1-1, О IronOther REM within the specified limits were introduced into the modifier in order to distribute aluminum nitrides more uniformly and reduce their dispersity in the modifier. This increases the effectiveness of the modifier, since it excludes the negative embrittlement effect of large coagulated nitride particles. In addition, the introduction of REM improves the quality of the modifier by improving the conditions for its smelting, and, above all, by reducing the filament of the modifier. When entering REM less than 0.01 wt.%, This action is very insignificant, and when entering more than 1% O% in the modifier, large coagulated particles of products of interaction of REM with oxygen and nitrogen are formed, which leads to embrittlement of the steels being processed. Compared with the known modifier, the modifier described above contains an increase in the contents of apyumin 1, titanium, niobium, vanadium, and carbon, and is completely excluded from the composition of berylpy, copper, tantalum, and zirconium. This contributes to the fact that in the finished modifier the main part of aluminum is bound to nitrides, which, when the modifier is introduced into the melts to be processed, almost do not have time to dissolve, and therefore there is no significant amount of free aluminum in the steel, which could impair their casting properties. Titanium, niobium, vanadium and carbon are present in the modifier as inevitable technological additives and. impurities. Tantalum and zirconium are excluded from the composition, since their presence requires special casting during the production of the modifier. Beryllium and copper are excluded due to their negative effect on the properties of steels operating at elevated temperatures. Depending on the melting conditions, the modifier in the amount of 0.5-20% by weight of the steel is introduced into the furnace before being cast into the ladle during its filling with metal. Under the conditions of pilot production, modifiers were obtained and tested, the compositions of which are listed in Table 1. Modifiers are introduced in the amount of 2-8% in heat-resistant steel H18N23S2P during smelting in an induction 15O kg kiln. The samples are poured onto mechanical properties, heat resistance, heat resistance and pallets of a heat treatment furnace with an operating temperature of 9OO C. Results of mechanical {heat resistance tests, judged by the number of cycles until cracks appear on the samples during thermal cycling according to mode C, and heat resistance (by weight of the samples after 2OO-hour exposure at 9OO ° C), as well as the operating time of the pallets until their destruction is given in Table 2. From the table it can be seen that the input of modifiers of the described composition (No. 1,2,3) substantially increases the heat resistance and heat resistance of steel without deteriorating its strength and thereby increases the service life of the pallets. The use of a known modifier and modifiers with formulations that fall outside the limits described, adversely affects these characteristics.
657О78657О78
Без моди8Without mod8
Т а б л и ц а 2Table 2